KR102599802B1 - 산업 공정 및 유틸리티 에너지효율향상을 위한 에너지솔루션 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 사업장 내에 배치된 센서로부터 공정 및 유틸리티의 에너지를 측정하고 최적화하기 위한 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에 있어서, 사업장 내의 공정 및 유틸리티의 현황에 관한 정보를 수집하고, 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량을 분석하는 단계(S101); 상기 사업장의 특성정보를 반영하여 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량을 모니터링하고, 상기 공정과 상기 유틸리티의 운전성능과 운전상태를 진단하는 단계(S102); 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량을 에너지 흐름에 대응되도록 정렬하여 에너지맵을 생성하는 단계(S103); 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량에 영향을 미치는 영향인자를 선정하는 단계(S104); 상기 영향인자를 측정하기 위한 상기 센서의 종류, 개수 및 위치를 설정하는 단계(S105); 및 상기 센서로부터 측정된 데이터를 수집하고 저장하는 단계(S108)를 포함하는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법을 제공할 수 있다.
Description
본 실시예는 산업 공정 및 유틸리티의 에너지 효율 향상을 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 산업 공정 및 유틸리티에서 소모되는 에너지를 측정하고 에너지 역학모델을 적용하여 데이터 기반으로 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 에너지솔루션 및 그 방법에 관한 것이다.
전세계적으로 온실가스 배출에 의한 지구온난화를 방지하기 위해 이산화탄소 배출을 엄격하게 규제하고 있으며, 각국은 에너지효율의 혁신을 중점 과제로 두고 있다.
특히, 산업부문에서는 석유화학, 철강, 시멘트 등의 다양한 업종에서 많은 에너지가 사용되고 있으므로, 산업부문에서의 에너지효율향상 및 에너지사용량 절감을 목표로 다양한 기술적 해결책이 제안되고 있다.
종래의 에너지효율향상 기술은 한국등록특허 KR 10-2210165 등과 같이 공장에너지관리시스템(FEMS: Factory Energy Management System) 중심의 전력사용량 미터링 및 피크부하를 관리를 위한 수요관리 기술에 편중되어 있고, 에너지원의 부하를 관리하거나 운영 관리를 위한 디지털 관리 시스템에 집중되어 있으므로 실제 에너지 사용 주체인 공정과 유틸리티에서 소모되는 에너지 사용량을 획기적으로 절감하는데 한계가 있다.
또한, 종래의 에너지 수요관리기술을 활용하는 경우 사업장 내의 공정과 유틸리티에서 대규모 정상상태(Steady-state)에서 얻어진 변동성이 적은 로우 볼(Low Volatility) 데이터를 이용하므로, 현장에서 발생하는 실시간 에너지 손실을 파악할 수 없고 에너지사용량을 획기적으로 줄이고 최적화하는데 한계가 있다.
또한, 종래의 에너지 수요관리기술은 공정과 유틸리티 같은 중요 에너지사용처(SEU: Significant Energy Usages)의 특성을 반영하지 않고, 에너지를 사용하는 수요자의 개별적인 특성과 상황을 고려하지 않으므로 수요자 맞춤형 에너지 솔루션을 제공하지 못한다는 문제점이 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 중요 에너지사용처인 공정과 유틸리티의 에너지사용량을 획기적으로 절감할 수 있는 에너지솔루션 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 고탄소 제조업-예를 들어, 석유화학산업, 철강산업, 시멘트산업 등-을 대상으로 역학모델을 맞춤 설계하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 에너지솔루션 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 단일 설비가 아닌 사업장 전체 공정 및 유틸리티를 대상으로 하는 데이터 수집 및 관리가 가능한 에너지솔루션 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 공정의 제약조건과 유틸리티의 현황을 반영하여 반복적으로 영향인자를 갱신하고 에너지 효율을 최적화할 수 있는 에너지솔루션 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 에너지 절감방안과 절감기법을 적용하여 공정 및 유틸리티의 에너지사용량을 효과적으로 절감할 수 있는 에너지솔루션 및 그 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 실시예는, 사업장 내에 배치된 센서로부터 공정 및 유틸리티의 에너지를 측정하고 최적화하기 위한 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에 있어서, 사업장 내의 공정 및 유틸리티의 현황에 관한 정보를 수집하고, 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량을 분석하는 단계(S101); 상기 사업장의 특성정보를 반영하여 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량을 모니터링하고, 상기 공정과 상기 유틸리티의 운전성능과 운전상태를 진단하는 단계(S102); 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량을 에너지 흐름에 대응되도록 정렬하여 에너지맵을 생성하는 단계(S103); 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량에 영향을 미치는 영향인자를 선정하는 단계(S104); 상기 영향인자를 측정하기 위한 상기 센서의 종류, 개수 및 위치를 설정하는 단계(S105); 및 상기 센서로부터 측정된 데이터를 수집하고 저장하는 단계(S108)를 포함하는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법을 제공할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 센서로부터 측정된 데이터를 입력값으로 하고, 상기 영향인자를 매개변수로 하는 역학모델을 적용하여 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지 현황을 분석하는 단계(S107)를 더 포함할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지 현황에서 에너지 손실요인을 판단하고, 상기 에너지 손실요인에 대응하는 에너지손실량을 계산하는 단계(S108); 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 에너지손실량을 보상하는 에너지 절감기법을 적용하는 단계(S109); 및 상기 에너지 절감기법을 적용하기 전의 에너지 사용량과 상기 에너지 절감기법을 적용한 후의 에너지 사용량을 비교하여 에너지절감량을 계산하는 단계(S110)을 더 포함할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 공정 및 상기 유틸리티의 현황에 관한 정보, 에너지사용량, 에너지맵, 영향인자, 센서, 역학모델, 에너지손실량 및 에너지절감량 중 하나 이상의 정보를 텍스트 데이터로 저장할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 공정 및 상기 유틸리티의 현황에 관한 정보는 에너지의 형태, 생산공법, 생산량, 운전시간에 관한 정보를 포함할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 사업장의 특성정보는 산업유형, 공정 및 유틸리티의 계통, 공정 및 유틸리티의 배치에 관한 정보를 포함할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 에너지 흐름은 상기 공정의 에너지 흐름이고, 상기 에너지맵은 전기에너지맵 또는 열에너지맵일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 영향인자는 온도, 압력, 습도, 유량, 질량, 밀도 및 열용량 등 에너지관련 계측 값 중 선택되는 하나 이상의 인자일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 센서는 상기 영향인자의 종류에 대응되는 센서일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 센서로부터 측정된 데이터는 서버로 전송되어 저장될 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법에서 상기 역학모델은 수리적 모델로 구현된 물리화학적 역학모델이고, 상기 공정 및 상기 유틸리티에 의해 획득되는 제품의 품질, 생산량 및 수율에 관한 제약조건을 만족시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 제조업 중에서 에너지 사용과 온실가스 배출이 큰 철강산업, 시멘트산업, 석유화학산업 등의 고탄소 제조업의 에너지 효율을 획기적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면 사업장 내의 공정과 유틸리티를 대상으로 현장 계측 데이터 기반 에너지 분석과 절감이 가능하고, 사업장 내의 에너지를 전주기적으로 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면 사업장 내의 공정과 유틸리티의 에너지 현황을 파악하는데 필요한 데이터-예를 들어, 에너지사용량 데이터, 에너지저감량 데이터 등-의 수집 및 관리를 체계화할 수 있고, 방대한 데이터를 모니터링하고 분석 가능하도록 하여 에너지 관리 시스템의 데이터처리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면 산업공정에서 에너지 절감, 에너지비용 절감, 전기수요 절감, 전기수요비용 절감, 온실가스 감축의 효과를 동시에 발생시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 사업장 내의 공정 및 설비의 에너지를 측정하고 분석, 절감할 수 있는 에너지 솔루션의 개요도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 산업 공정 및 유틸리티의 에너지솔루션의 제공 방법을 설명하는 제1 예시 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 산업 공정 및 유틸리티의 에너지솔루션의 제공 방법을 설명하는 제2 예시 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 설비 단위 에너지 분석 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 산업 공정의 에너지를 분석하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 유틸리티의 에너지를 분석하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 에너지솔루션의 제공방법을 공정별로 설명하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 산업 공정 및 유틸리티의 에너지솔루션의 제공 방법을 설명하는 제1 예시 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 산업 공정 및 유틸리티의 에너지솔루션의 제공 방법을 설명하는 제2 예시 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 설비 단위 에너지 분석 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 산업 공정의 에너지를 분석하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 유틸리티의 에너지를 분석하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 에너지솔루션의 제공방법을 공정별로 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 사업장 내의 공정 및 설비의 에너지를 측정하고 분석, 절감할 수 있는 에너지 솔루션의 개요도이다.
도 1을 참조하면, 에너지 솔루션(30)의 적용 대상은 설비의 그룹(10), 공정의 그룹(20) 등일 수 있다.
사업장 내의 설비의 그룹(10)은 유틸리티(Utility)로 정의될 수 있고, N개(N은 1 이상의 자연수)의 설비를 포함할 수 있다.
사업장 내의 공정의 그룹(20)은 사업장 내의 하나 이상의 설비에서 처리되는 제조공정의 집합으로 정의될 수 있고, M개(M은 1 이상의 자연수)의 설비를 포함할 수 있다.
사업장 내의 개별 설비 또는 공정은 개별적으로 관리될 수 있지만, 중요 에너지사용처로서 설비의 그룹(10) 또는 공정의 그룹(20)으로 에너지 사용량을 측정하고 관리하여 에너지 효율을 더욱 효과적으로 개선할 수 있다.
에너지솔루션 모듈(30)은 데이터 수집/관리 모듈(31), 에너지 분석 모듈(32), 에너지 절감 모듈(33) 등을 포함할 수 있다.
데이터 수집/관리 모듈(31)은 설비의 그룹(10) 또는 공정의 그룹(20)의 에너지 현황을 분석하고 에너지 수준을 진단하여 에너지맵을 생성하기 위한 데이터를 관리하기 위한 모듈일 수 있다.
데이터 수집/관리 모듈(31)은 공정 또는 유틸리티에서 측정할 수 있는 인자-예를 들어, 온도, 압력, 습도, 유량, 질량, 밀도, 열용량 등의 계측하거나 계량하여 수치화 가능한 물리적 또는 화학적 물성값-를 영향인자에 대한 데이터를 수집, 관리하기 위한 모듈일 수 있다.
데이터 수집/관리 모듈(31)은 영향인자의 전부 또는 일부로 공정 또는 유틸리티의 계측을 위한 계측 인프라를 제공하고 관리하기 위한 모듈일 수 있다.
데이터 수집/관리 모듈(31)은 공정 또는 유틸리티에 설치된 센서에 의해 측정되는 데이터, 공정 또는 유틸리티의 에너지 현황을 분석하고 에너지 수준을 진단하는 과정에서 획득되는 데이터 등을 수집하고 관리하기 위한 모듈일 수 있다.
데이터 수집/관리 모듈(31)은 후술하는 도 2의 각 단계(S101 내지 S106)를 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
에너지 분석 모듈(32)은 계측된 데이터와 물리/화학적 역학에 기반한 모델을 통해 에너지사용량을 계산하기 위한 모듈일 수 있다.
에너지 분석 모듈(32)은 후술하는 도 2의 단계(S107)를 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
에너지 절감 모듈(33)은 공정 또는 유틸리티의 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 에너지 절감기법을 도출하고, 이를 적용하여 에너지를 절감시키기 위한 모듈일 수 있다.
에너지 절감 모듈(33)은 적용된 에너지 절감기법을 통해 절감된 에너지의 절감성능을 평가하기 위한 모듈일 수 있다.
에너지 절감 모듈(33)은 후술하는 도 2의 각 단계(S108 내지 S111)를 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 각 모듈은 하나의 에너지솔루션 모듈(30)의 물리적으로 구분된 모듈일 수 있지만, 개념적으로 구분된 모듈일 수 있다.
전술한 모듈은 서버(미도시) 또는 프로세서(미도시) 등의 임의의 데이터 처리 및 연산을 위한 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 2는 일 실시예에 따른 산업 공정 및 유틸리티의 에너지솔루션의 제공 방법을 설명하는 제1 예시 도면이다.
도 2를 참조하면, 사업장 내에 배치된 센서로부터 공정 및 유틸리티의 에너지사용량을 측정하고 최적화하기 위한 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법 (100)은 공정 및 유틸리티의 에너지 현황을 분석하는 단계(S101), 공정 및 유틸리티의 에너지를 진단하는 단계(S102), 공정 및 유틸리티의 에너지맵을 생성하는 단계(S103), 공정 및 유틸리티의 주요 영향인자를 도출하는 단계(S104), 공정 및 유틸리티의 계측 인프라를 설계하는 단계(S105), 공정 및 유틸리티의 데이터를 수집하고 관리하는 단계(S106), 공정 및 유틸리티의 에너지를 분석하는 단계(S107), 공정 및 유틸리티의 에너지 절감방안을 도출하는 단계(S108), 공정 및 유틸리티의 에너지 절감기법을 적용하는 단계(S109), 공정 및 유틸리티의 에너지 절감성능을 평가하는 단계(S110), 공정 및 유틸리티의 에너지 절감활동을 검증하고 문서화하는 단계(S111) 등을 포함할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 현황을 분석하는 단계(S101)는 사업장 내의 공정 및 유틸리티의 현황에 관한 정보를 수집하고, 공정 및 유틸리티의 에너지사용량을 분석하는 단계일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 현황에 관한 정보는 에너지의 사용형태, 생산공법, 생산량, 운전시간, 설비의 배치 및 연결관계 등에 관한 정보를 포함할 수 있고, 이러한 정보들을 하나 이상 조합하여 공정과 유틸리티의 정확한 상태를 판단할 수 있다.
또한, 공정 및 유틸리티의 현황에 관한 정보는 사업장 내에서 이용되는 에너지원의 종류-예를 들면, 전기, 가스, 스팀 등-에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 에너지원의 종류별로 에너지의 사용량을 파악하게 되면, 각 공정과 유틸리티의 에너지원의 종류에 대응하는 에너지 사용량을 정확하게 측정하고 관리할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 현황에 관한 정보는 데이터베이스(미도시)에서 미리 저장된 정보를 활용할 수 있고, 각 공정 및 유틸리티에 설치된 센서에 의해 측정된 값들을 활용할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지를 진단하는 단계(S102)는 사업장의 특성정보를 반영하여 공정 및 유틸리티의 에너지사용량을 모니터링하고, 공정과 유틸리티의 운전성능과 운전상태를 진단하는 단계일 수 있다.
사업장의 특성정보는 산업유형, 공정 및 유틸리티의 계통, 배치 등에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이 경우 사업장의 특성정보를 파악하여, 공정 및 유틸리티의 에너지사용량 모니터링에 반영하여 보다 정확한 계측이 가능할 수 있다.
또한, 공정 및 유틸리티의 에너지를 진단하는 단계(S102)는 공정 및 유틸리티를 포함하는 사업장 내의 시스템을 점검하는 단계일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지맵을 생성하는 단계(S103)는 공정 및 유틸리티의 에너지사용량을 에너지 흐름에 대응되도록 정렬하여 에너지맵을 생성하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 에너지 흐름은 공정의 에너지 흐름일 수 있고, 에너지맵은 전기에너지맵 또는 열에너지맵이 사용될 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지맵을 생성하는 단계(S103)는 사업장 전체에서 사용되고 있는 공정과 유틸리티의 세분화하여 공정과 유틸리티의 전부 또는 일부에 대한 에너지사용량을 에너지맵으로 생성할 수 있다. 이 경우 전체 공정과 유틸리티에 대한 에너지사용량을 측정하게 되면 연산효율이 감소하게 되므로, 각 공정과 유틸리티를 세분화하여 필요한 부분의 에너지사용량만을 측정할 수 있다.
에너지맵은 에너지사용량을 도식화하여 표시하는 것이면 제한되지 않고, 사업장의 공정 및 유틸리티의 특성에 따라 에너지사용량에 관한 데이터는 재가공되어 제공될 수 있다.
공정 및 유틸리티의 주요 영향인자를 도출하는 단계(S104)는 공정 및 유틸리티의 에너지사용량에 영향을 미치는 영향인자를 선정하는 단계일 수 있다.
영향인자는 온도, 압력, 습도, 유량, 질량, 밀도 및 열용량 중 선택되는 하나 이상의 인자일 수 있다.
사업장 내의 공정과 유틸리티의 에너지 사용에 영향을 미치는 파라미터-예를 들어, 온도, 압력, 습도, 유량, 질량, 밀도, 열용량 등-를 계측하거나 계량하여 수치화 가능한 물리적 또는 화학적 물성값을 영향인자로 정의할 수 있다.
이러한 영향인자들 중에서 사업장 내의 공정과 유틸리티의 에너지사용에 다른 영향인자에 비해 상대적으로 큰 영향을 미치는 영향인자를 하나 이상 선택하여, 주요 영향인자로 새롭게 정의할 수 있다.
예를 들어, 각 영향인자들의 변화량 대비 에너지사용량의 변화량의 상관관계를 계산하여 주요 영향인자를 선정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
주요 영향인자를 선정하여 에너지사용량을 계산하고, 주요 영향인자를 역학모델에 적용하는 경우 연산 과정에 사용되는 파라미터의 수를 감소시킬 수 있어 전술한 모듈에서 처리되는 데이터의 양을 감소시킬 수 있다. 이 경우 일정한 정확도를 유지하면서 빠른 처리결과를 획득할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 계측 인프라를 설계하는 단계(S105)는 영향인자를 측정하기 위한 센서의 종류, 개수 및 위치를 설정하는 단계일 수 있다.
영향인자의 계측을 위해 계측기 또는 센서의 종류, 개수, 위치, 정확도 등을 설계하고 적용할 수 있다.
센서는 전술한 영향인자의 종류에 대응되는 센서-예를 들어, 온도센서, 압력센서, 습도센서, 유량센서, 밀도측정센서, 열용량측정센서 등-일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 데이터를 수집하고 관리하는 단계(S106)는 센서로부터 측정된 데이터를 수집하고 저장하는 단계일 수 있다.
센서로부터 측정된 데이터는 서버(미도시)로 전송되어 저장될 수 있고, 추가적으로 저장된 데이터의 보안처리 과정이 더 수행될 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지를 분석하는 단계(S107)는 센서로부터 측정된 데이터를 입력값으로 하고, 영향인자를 매개변수로 하는 역학모델을 적용하여 공정 및 유틸리티의 에너지 현황을 분석하는 단계일 수 있다.
센서로부터 측정된 데이터의 변화량에 대응하는 에너지사용량의 변화를 계산하고, 역학모델에 반영하여 최적화된 결과값을 획득할 수 있다.
역학모델은 수리적 모델로 구현된 물리화학적 역학모델일 수 있고, 공정 및 유틸리티에 의해 획득되는 제품의 품질, 생산량 및 수율 등에 관한 제약조건(Constraints)을 만족시키도록 공정 및 유틸리티의 동작이 제어될 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 현황의 분석 대상은 단일 공정 또는 단일 설비일 수 있으나, 공정의 그룹 또는 설비의 그룹 전체를 대상으로 할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 현황의 분석 과정에서 제품 품질을 제약조건으로 하고, 수리적 모델을 통해 영향인자에 따른 에너지 사용량을 계산하고 분석할 수 있다. 이러한 계산결과는 공정 또는 유틸리티의 최적 상태를 분석하는데 활용될 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 절감방안을 도출하는 단계(S108)는 공정 및 유틸리티의 에너지 현황에서 에너지 손실요인을 판단하고, 에너지 손실요인에 대응하는 에너지손실량을 계산하는 단계일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 다양한 에너지 손실요인은 정량화될 수 있고, 에너지 손실구조를 특정할 수 있다.
에너지손실량은 에너지를 분석하는 단계(S107)에서 전술한 수리적 모델을 통해 계산 가능하고, 이를 통해 비용대비 높은 에너지 절감방안을 도출할 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 절감기법을 적용하는 단계(S109)는 에너지손실량을 보상하는 에너지 절감기법을 적용하는 단계일 수 있다. 하나 이상의 절감방안 중에서 공정 상태와 투입비를 고려한 최적의 절감기법을 사업장에 적용하는 것일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 절감성능을 평가하는 단계(S110)는 공정 또는 유틸리티에 적용된 에너지절감기법을 통해 절감된 에너지절감성능의 평가하는 단계일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 절감성능을 평가하는 단계(S110)는 에너지 절감기법을 적용하기 전의 에너지 사용량과 상기 에너지 절감기법을 적용한 후의 에너지 사용량을 비교하여 에너지절감량을 계산하는 단계일 수 있다.
공정 및 유틸리티의 에너지 절감활동을 검증하고 문서화하는 단계(S111)는 공정 및 상기 유틸리티의 현황에 관한 정보, 에너지사용량, 에너지맵, 영향인자, 센서, 역학모델, 에너지손실량 및 에너지절감량 중 하나 이상의 정보를 텍스트 데이터로 저장하는 단계일 수 있다.
텍스트 데이터로 저장되는 데이터는 전술한 각 단계(S101 내지 S110)에서 연산되고 사용된 데이터일 수 있다.
이 경우, 단일한 에너지절감활동에서 그치지 않고, 지속적인 에너지절감활동과 유사 업종의 벤치마킹을 위해 앞에서 수행한 내용을 검증하고 문서화할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 산업 공정 및 유틸리티의 에너지솔루션의 제공 방법을 설명하는 제2 예시 도면이다.
도 3을 참조하면, 산업 공정 및 유틸리티의 에너지솔루션의 제공 방법(200)은 계측기 측정 단계(S201), 데이터 수집 단계(S202), 영향인자 판단 단계(S203), 공정 분석 단계(204), 역학모델 적용 단계(S205), 공정 제약조건 확인 단계(S206), 에너지사용 최적화 단계(S207), 설비별 분석 단계(S210) 등의 단계를 포함할 수 있다.
계측기 측정 단계(S201)는 전술한 도 2의 센서일 수 있고, 공정 또는 유틸리티의 물리적 특성값을 측정하기 위한 장치일 수 있다.
데이터 수집 단계(S202)는 계측기를 통해 측정한 데이터를 서버(미도시) 등에 수집하는 단계일 수 있다.
영향인자 판단 단계(S203)는 공정 또는 유틸리티의 영향인자를 판단하는 단계일 수 있다.
공정 분석 단계(204)는 공정의 특성 등을 분석하는 단계일 수 있다.
역학모델 적용 단계(S205)는 분석된 공정의 특성 등을 반영하여 역학모델을 설계하고 적용하는 단계일 수 있다.
공정 제약조건 확인 단계(S206)는 공정 또는 유틸리티에 사용되는 영향인자 중에서 공정의 제약조건을 확인하는 단계일 수 있다. 공정의 제약조건은 역학모델의 특성을 반영하여 정의될 수 있다.
예를 들어, 에너지 보존 법칙을 만족시키기 위한 제약조건일 수 있고, 공정의 안정성 또는 제품의 품질을 만족시키기 위한 제약조건일 수 있다.
확인된 공정의 제약조건을 영향인자 판단 단계(S203) 또는 설비별 분석 단계(S210)에 업데이트하고, 각 단계를 반복적으로 수행할 수 있다.
에너지사용 최적화 단계(S207)는 공정의 제약조건 하에서 공정 및 유틸리티의 에너지사용량을 최적화하기 위한 단계일 수 있다.
설비별 분석 단계(S210)는 공정과 별개의 모듈에서 설비별로 설비의 상태를 분석하고, 영향인자를 도출하여, 에너지 분석 및 역학모델을 적용하는 에너지솔루션의 일 단계일 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 설비 단위 에너지 분석 방법을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 설비별 에너지 분석 방법(S210)은 설비 분석 단계(S211), 영향인자 도출 단계(S212), 에너지 분석 단계(S213), 역학모델 적용 단계(S214) 등을 포함할 수 있다.
설비 분석 단계(S211)는 단일 설비 또는 복수의 설비의 상태를 분석하는 단계일 수 있다.
영향인자 도출 단계(S212)는 설비 분석 단계(S211)의 설비 상태를 반영하여 영향인자 또는 주요 영향인자를 도출하는 단계일 수 있다.
에너지 분석 단계(S213)는 영향인자 도출 단계(S212)에서 도출한 영향인자를 반영하여 설비의 에너지를 분석하는 단계일 수 있다.
역학모델 적용 단계(S214)는 영향인자 도출 단계(S212)에서 도출한 영향인자 및 에너지 분석 단계(S213)에서 분석한 설비의 에너지를 입력값으로 사용하여 역학모델을 적용하는 단계일 수 있다.
이러한 단계를 통해 획득된 결과는 설비별로 관리되어 전체 유틸리티의 에너지 절감 과정에 활용될 수 있고, 공정의 분석 과정에서도 활용될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 산업 공정의 에너지를 분석하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 산업 공정의 에너지를 분석하는 방법(300)은 에너지공정을 진단하는 단계(S301), 에너지공정을 분석하는 단계(S302), 데이터 기반 역학모델을 적용하는 단계(S303), 에너지 절감방안을 도출하는 단계(S304), 현장에 에너지 절감방안을 적용하고 성능을 평가하는 단계(S305) 등을 포함할 수 있다.
에너지공정을 진단하는 단계(S301)는 공정의 에너지현황, 에너지수준을 진단하는 단계일 수 있다.
에너지공정을 분석하는 단계(S302)는 공정의 에너지맵을 생성하고, 주요 영향인자를 도출하는 단계일 수 있다.
데이터 기반 역학모델을 적용하는 단계(S303)는 획득한 데이터 기반의 역학모델을 알고리즘으로 획득하여 시뮬레이션을 하는 단계일 수 있다.
에너지 절감방안을 도출하는 단계(S304)는 데이터 기반 역학모델을 이용하여 에너지 최적 함수를 도출하고 에너지사용량을 분석하는 단계일 수 있다. 이 경우 에너지 최적 함수를 도출하는 과정에 열, 유동 시뮬레이션 기술을 활용하여 에너지 절감방안을 도출할 수 있다.
예를 들어, 에너지 절감방안으로 공정 및 유틸리티 구조물의 외피 절감기법을 적용할 수 있다.
현장에 에너지 절감방안을 적용하고 성능을 평가하는 단계(S305)는 에너지 절감방안을 적용하여 에너지절감률을 평가하고, 에너지절감산출(M&V: Measurement and Verification)을 수행하는 단계일 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 유틸리티의 에너지를 분석하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 유틸리티의 에너지를 분석하는 방법(400)은 에너지설비를 진단하는 단계(S401), 주요 영향인자를 도출하는 단계(S402), 데이터 기반 열수지를 분석하는 단계(S403), 에너지 역학모델을 작성하는 단계(S404), 설비별 분석모듈을 생성하는 단계(S405) 등을 포함할 수 있다.
유틸리티의 에너지를 분석하는 방법(400)은 전술한 도 4의 방법이 전부 또는 일부가 포함된 방법일 수 있다.
에너지설비를 진단하는 단계(S401)는 에너지설비의 현황, 수준을 진단하고 에너지맵을 분석하는 단계일 수 있다.
주요 영향인자를 도출하는 단계(S402)는 진단된 설비의 에너지데이터에 기반하여 주요 영향인자를 도출하는 단계일 수 있다.
데이터 기반 열수지를 분석하는 단계(S403)는 주요 영향인자 데이터에 기반하여 열수지를 분석하는 단계일 수 있다.
에너지 역학모델을 작성하는 단계(S404)는 분석된 열수지에 기반하여 에너지 역학모델을 작성하는 단계일 수 있다.
설비별 분석모듈을 생성하는 단계(S405)는 설비별로 전술한 단계(S401 내지 S404)를 통해 에너지 분석모듈을 생성하는 단계일 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 에너지솔루션의 제공방법을 공정별로 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 산업공정은 집진공정(501), 용해공정(502), 공기압축공정(503), 공정수공급공정(504), 열처리공정(505), 후처리공정(506) 등을 포함할 수 있다.
산업공정에서 사용되는 주요 계측데이터(영향인자)는 온도, 압력, 질량, 습도, 진동, 유량, 투입에너지, 기체성분, 원료물성 등을 포함할 수 있다.
집진공정(501)에서는 배기량 데이터에 연계하여 공정의 운전이 제어될 수 있고, 해당 공정의 운전 과정의 에너지사용량이 센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
용해공정(502)에서는 외벽 열손실, 장입물 예열 배기도입량, 노 내압 등이 측정되고 분석될 수 있고, 해당 공정의 운전 과정의 에너지사용량이 센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
공기압축공정(503)에서는 온도와 습도에 따른 외기도입량, 진동 변화, 공기 압력변화, 토출량 등이 측정되고 분석될 수 있고, 해당 공정의 운전 과정의 에너지사용량이 센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
공정수공급공정(504)에서는 공정수의 공급량, 공급속도 등이 측정되고 분석될 수 있고, 해당 공정의 운전 과정의 에너지사용량이 센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
열처리공정(505)에서는 외벽 열손실, 방영량, 노 내압 등이 등이 측정되고 분석될 수 있고, 해당 공정의 운전 과정의 에너지사용량이 센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
후처리공정(506)에서는 투입에너지, 온도, 압력, 습도, 유량 등이 측정되고 분석될 수 있고, 해당 공정의 운전 과정의 에너지사용량이 센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
도 7의 공정 및 유틸리티에 대해서는 전술한 에너지솔루션 및 이의 제공방법이 적용되어 에너지 효율 개선을 도모할 수 있다.
도 7의 공정 및 유틸리티는 산업공정의 예시이고, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다.
Claims (12)
- 에너지 솔루션 모듈이, 사업장 내에 배치된 센서로부터 공정 및 유틸리티의 에너지를 측정하고 최적화하기 위하여 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션을 제공하는 방법에 있어서,
사업장 내의 공정 및 유틸리티의 현황에 관한 정보를 수집하고, 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량을 분석하는 단계(S101); 상기 사업장의 특성정보를 반영하여 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량을 모니터링하고, 상기 공정과 상기 유틸리티의 운전성능과 운전상태를 진단하는 단계(S102); 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량을 에너지 흐름에 대응되도록 정렬하여 에너지맵을 생성하는 단계(S103); 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량에 영향을 미치는 영향인자를 선정하는 단계(S104); 상기 영향인자를 측정하기 위한 상기 센서의 종류를 설정하는 단계(S105); 및 상기 센서로부터 측정된 데이터를 수집하고 저장하는 단계(S106를 포함하며,
상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지사용량에 영향을 미치는 영향인자를 선정하는 단계(S104)는,
상기 공정과 상기 유틸리티의 에너지사용량에 영향을 미치는 파라미터를 계측하여 상기 영향인자로 정의하고,
상기 영향인자의 변화량 대비 상기 에너지사용량의 변화량의 상관관계를 계산하여 주요 영향인자를 선정하는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - 제1항에 있어서,
상기 센서로부터 측정된 데이터를 입력값으로 하고, 상기 영향인자를 매개변수로하는 역학모델을 적용하여 상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지 현황을 분석하는 단계(S107)를 더 포함하는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - 제2항에 있어서,
상기 공정 및 상기 유틸리티의 에너지 현황에서 에너지 손실요인을 판단하고, 상기 에너지 손실요인에 대응하는 에너지손실량을 계산하는 단계(S108)를 더 포함하는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - 제3항에 있어서,
상기 에너지손실량을 보상하는 에너지 절감기법을 적용하는 단계(S109); 및
상기 에너지 절감기법을 적용하기 전의 에너지 사용량과 상기 에너지 절감기법을 적용한 후의 에너지 사용량을 비교하여 에너지절감량을 계산하는 단계(S110)을 더 포함하는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제4항에 있어서,
상기 공정 및 상기 유틸리티의 현황에 관한 정보, 상기 에너지사용량, 상기 에너지맵, 상기 영향인자, 상기 센서의 종류, 상기 역학모델, 상기 에너지손실량 및 상기 에너지절감량 중 하나 이상의 정보를 텍스트 데이터로 저장하는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - 제1항에 있어서,
상기 공정 및 상기 유틸리티의 현황에 관한 정보는 에너지의 형태, 생산공법, 생산량, 운전시간에 관한 정보를 포함하는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - 제1항에 있어서,
상기 사업장의 특성정보는 산업유형, 공정 및 유틸리티의 계통, 공정 및 유틸리티의 배치에 관한 정보를 포함하는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - 제1항에 있어서,
상기 에너지 흐름은 상기 공정의 에너지 흐름이고, 상기 에너지맵은 전기에너지맵 또는 열에너지맵인, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - 제1항에 있어서,
상기 영향인자는 온도, 압력, 습도, 유량, 질량, 밀도 및 열용량 중 선택되는 하나 이상의 인자인, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - 제9항에 있어서,
상기 센서는 상기 영향인자의 종류에 대응되는 센서인, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 센서로부터 측정된 데이터는 서버로 전송되어 저장되는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법. - 제2항에 있어서,
상기 역학모델은 수리적 모델로 구현된 물리화학적 역학모델이고, 상기 공정 및 상기 유틸리티에 의해 획득되는 제품의 품질, 생산량 및 수율에 관한 제약조건을 만족시키는, 공정 및 유틸리티의 에너지 솔루션 제공방법.
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2021
- 2021-08-11 KR KR1020210106211A patent/KR102599802B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101809205B1 (ko) * | 2016-08-22 | 2017-12-15 | (주)에이시에스 | 공장 에너지 관리 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230024094A (ko) | 2023-02-20 |
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